本书为“中国科协碳达峰碳中和系列丛书”之一，由江亿主编，张华执行主编，中国制冷学会组织相关研究人员编写而成。由于制冷和热泵设备使用广泛，其耗电量占全社会发电量的20%以上，每年折合排放二氧化碳当量超过5.5亿吨。制冷行业作为能源消耗和温室气体排放大户，在国家节能减排事业中有着不可或缺的责任和义务。技术创新是制冷和热泵行业实现“双碳”目标的重要途径，通过研发更加节能环保的技术和产品，为完成“双碳”目标作出应有的贡献，也由此推动全行业早日实现由大到强的根本性转变。

本书是国家自然科学基金委员会工程与材料科学部的学科发展战略研究报告之一。这一系列研究报告是国家自然科学基金委员会工程与材料科学部为不断促进本领域的基础研究工作而精心组织出版的系列学科发展战略研究报告，旨在瞄准国际学科发展前沿，面向未来国家经济建设和社会发展的重大需求，着力解决我国工程与材料领域中的重要科学和技术基础问题，增强国家原始创新和技术创新能力。《BR》本书站在国家利益和学科总体的高度，综合考虑国际学术发展动向和中国实际，论述了工程热物理与能源利用学科的内涵、战略地位以及各分支领域的界定，详细分析了各分支领域，包括工程热力学、热机气动热力学、传热传质学、燃烧学、多相流、可再生能源等的国内外研究现状、发展趋势及科学问题，进一步明确了我国工程热物理与能源利用研究中的近、中期发展方向和目标，拟定了2021～2030年的优先发展方向、资助领域和发展思路。

笔者主要专业方向为动力工程及工程热物理，研究方向为微小尺度燃烧及其应用，在过去十多年中一直专注于微小尺度燃烧的稳焰技术研究，开发了基于回流区、热循环、催化燃烧、多孔介质燃烧、掺氢燃烧等一系列简单有效的稳焰技术，其中部分技术已经应用于特殊工业领域。本书具有很强的系统性，同时兼具技术性和理论性等特点，能为相关领域的研究人员和工程技术人员提供参考。本书既介绍了各种微小尺度稳焰技术的实际效果，也从传热、流动与火焰之间的复杂耦合作用进行了理论分析。

可再生能源学科发展与我国的能源发展体系和生态环境平衡直接相关联，本书从全局视角出发，用近期、远期的发展眼光，通过分析提炼出不同时间节点可再生能源学科的技术、产业、市场等要素特征，尽可能提出符合实际的可再生能源学科发展轨迹。在重点研究了国内、国外可再生能源学科的发展现状、属性及定义的基础上，深入研究和探讨了我国对可再生能源的一般性定义，不同研究部门对可再生能源定义的差异，以及我国可再生能源学科发展路径和现状，学科发展过程存在的问题。根据国内外在可再生能源前沿技术热点的发展趋势，预测我国未来可再生能源技术的发展方向和学科发展趋势，提出可再生能源学科近期和未来发展方向，制定本学科发展的路线图，为学科发展、规划提出建议，为学科协调创新研究、谋划学科布局以及促进相关产业发展提供参考。

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随着风电、光伏等随机性新能源发电并网规模的不断扩大，电力系统运行中的波动性与随机性显著增强，严重影响电力系统运行的经济性与安全性。为此，如何高效利用电力系统中有限的可调度资源，提升备用配置的针对性与有效性，准确评估、合理优化并有效提升电力系统的新能源消纳能力，从而安全、经济地消纳大规模新能源发电，减少弃风、弃光等现象的发生，成为促进大规模新能源并网消纳理论发展，推动我国以新能源为装机主体和电量主体的新型电力系统的建设与发展，助力实现“双碳”国家重大战略目标所亟待解决的关键问题。《新能源消纳的有效安全域及其应用》一书提出了促进大规模新能源消纳的有效安全域概念，系统地介绍了基于有效安全域分析的含高比例新能源电力系统运行优化方法，实现新能源消纳能力的准确评估、合理优化与显著提升。在含高比例新能源发电电力系统中，如何应对新能源发电功率的强不确定性成为大规模新能源并网消纳亟待解决的关键问题。备用配置是电力系统应对不确定性的重要手段，然而，在传统的新能源并网消纳理论中，未能充分利用新能源发电功率预测结果中的有效信息，导致决策结果过于保守；同时，备用的优化配置仅仅关注其容量，而忽略了对备用优化配置效果的考虑，易导致备用配置的针对性差、有效率低；此外，多电网互动中的协同潜力未能充分挖掘，低估了电网本该具有的新能源消纳能力。随着新能源并网规模的不断攀升，电力系统运行中的不确定性显著增强，上述问题日益凸显。因此，《新能源消纳的有效安全域及其应用》一书在主动可控变量优化决策的过程中，构建新能源消纳的有效安全域，表达与优化节点上新能源发电功率的可接纳范围，为备用优化配置效果的刻画奠定基础。实际上，显式表达节点上的新能源消纳有效安全域，能够量化主动可控量能够传递到新能源接入节点的有效备用；同时，可以方便地表达新能源发电不确定性无法wanquan接纳而导致的系统运行风险，实现对备用配置效果的准确刻画；此外，新能源消纳有效安全域的构建与优化还能够为电力系统集中与分散控制的协同、系统新能源消纳能力的提升，提供量化依据。本书中主要章节在介绍电力系统运行控制物理机理与相应数学理论的基础上，提出了新能源消纳的有效安全域系列评估、优化与提升方法，并逐章给出了所述建模型与方法的算例分析，验证所述模型与方法的有效性，增强读者对于方法的理解。《新能源消纳的有效安全域及其应用》一书内容深入浅出、系统连贯、自成体系，可为从事大规模新能源并网消纳技术领域的研究生、科研人员和工程技术人员提供有益参考。

《氢与燃料电池——新兴的技术及其应用（原书第3版）》通过全面覆盖在多学科的能源领域脱颖而出的制氢、储氢和燃料电池等应用方向，详细描述了已开发或正在开发的各种燃料电池技术。《氢与燃料电池——新兴的技术及其应用（原书第3版）》提供了氢和燃料电池技术的主要基本科学理论，与此同时，以一种深入浅出的方式介绍了上述技术的应用以及如何从技术、经济、管理等方面可持续融入社会。《氢与燃料电池——新兴的技术及其应用（原书第3版）》反映了最近出现的技术和最有前途技术的市场渗透，并结合当前的挑战和经济趋势，评估了燃料电池技术在未来的发展前景。《氢与燃料电池——新兴的技术及其应用（原书第3版）》更新并扩展了氢储存和运输、熔融碳酸盐燃料电池、质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、生物燃料电池（包括微生物燃料电池）、在运输和发电厂的应用、远景方案和寿命周期评估等内容。《氢与燃料电池——新兴的技术及其应用（原书第3版）》非常适合能源领域的研究人员和专业人士，尤其涉及新能源知识的学术界和工业界的人员阅读，同时也可供工程、物理和环境科学的教师和学生，以及参与能源或环境法规和政策制定的专业人士参考。

本书是围绕我国“碳中和”发展目标和 《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》发展愿景，为构建“碳中和”交通体系而编写的“碳中和交通出版工程·氢能燃料电池动力系统系列”之一。质子交换膜燃料电池堆（简称电堆）是氢能载运工具及热电联供动力系统的核心器件。近年来，汽车用燃料电池相关基础理论和共性技术发展得很快，质子交换膜燃料电池堆步入了商业化前期轨道。本书首先介绍了电堆概述、电堆的工作原理与指标，其次介绍了电堆的性能设计、电堆的使用特性与系统匹配、电堆的寿命与可靠性保障、电堆典型故障成因及纠正预防措施、电堆的制造工艺与质量监测等相关基础共性技术，最后提出了电堆材料的进阶需求，列举了电堆的概念设计流程。本书融合了电堆理论知识和作者十余年的工程实践经验，极具现实指导意义。本书可供高等院校师生、制造业企业和研究机构的工程技术研究人员及对电堆制造感兴趣的读者阅读。

以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池在交通运输、分布式能源等领域具有巨大应用潜力，其内能量转换和热质传输现象是一个典型的多尺度、多相流、多维度的电化学与热物理耦合过程。本书首先介绍了质子交换膜燃料电池基本原理和相关的热力学与电化学基础知识；其次系统介绍了燃料电池涉及的膜电极、单电池、电堆和系统多个尺度层面的“气-水-热-电”输运过程的模拟仿真方法，并对膜电极衰减过程建模仿真方法进行了探讨；最后给出了一种电热氢联供系统的建模仿真方法。本书适合从事质子交换膜燃料电池热质传输过程建模仿真技术研究、产品开发等相关学者和工程设计人员阅读使用，还可作为高年级本科生和研究生课程参考教材，供能源动力、储能、化工等相关学科的教师和学生使用。

本书是围绕我国碳中和发展目标和《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》发展愿景，为构建碳中和交通体系而编写的“碳中和交通出版工程·氢能燃料电池动力系统系列”之一。燃料电池系统是一个复杂的电-气-热耦合系统，对燃料电池系统有效控制是提高其工作效率和可靠性、延长其使用寿命的关键之一。本书基于燃料电池系统的工作原理，阐述了燃料电池系统集成与控制中的关键技术问题；详细介绍了燃料电池系统集成设计与匹配，并进一步研究了燃料电池系统的关键子系统与部件特性；在此基础上，系统地研究了燃料电池进气子系统控制技术、热管理子系统控制技术、低温冷启动优化控制技术与燃料电池系统状态识别及老化预测技术，并给出了燃料电池控制系统的软硬件设计方法；最后对下一代燃料电池控制系统技术的发展趋势进行了展望。本书适合燃料电池汽车及燃料电池系统相关的研发人员、管理人员，以及相关专业的老师和学生阅读参考。